THERMO-MECHANICAL BEHAVIOR OF METAL FOAMS IN THERMAL APPLICATIONS: A COMPUTATIONAL AND EXPERIMENTAL APPROACH
No Thumbnail Available
Date
Authors
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Saudi Digital Library
Abstract
يمكن تعريف الرغوة المعدنية علي أنها كتلة من معدن تحتوي علي نسبة عالية من الفراغات علي المستوي القياس الدقيق، بحسب طريقة التصنيع يتم إنتاج نوعين، الخلايا المفتوحة والخلايا المغلقة. يتم إستخدام الرغوة المعدنية بكثرة في كثير من التطبيقات نسبة لخصايصها الميكانيكية والحرارية الجيدة. في هذا البحث أجريت دراسة تجريبية وتحسيبية بغرض فهم السلوك الحراري والميكانيكي للرغوة المعدنية في التطبيقات الحرارية مع التركيز علي الزعانف الحرارية. أجريت الدراسة التجريبية علي رغوة معدنية من الالمونيوم بنسبة فراغية تصل الي 93 % ، و أجريت التجارب علي نسبتين مختلفتين من الكثافة الفراغية التي تقاس بعدد الفراغات في وحدة الطول، النسبة الاولي 4 فراغات في السنتميتر الواحد (10 في البوصة الواحدة)، والنسبة الثانية 8 فراغات في السنتميتر الواحد (20 في البوصة الواحدة). تمت صناعة العينات بغرض التجارب في معامل جامعة الملك فهد. أوضحت نتائج إنتقال الحرارة للهواء أن العينات المغطية بإستخدام الترذيذ الحراري تؤدي بطريقة أفضل من عينات التفريغ الحراري الصلبة و الملصقة حراريا. تغيير سرعة سريان الهواء أوضح أن معدل إنتقال الحرارة يتغير بعلاقة خطية مع زيادة أو نقصان سرعة الهواء. دراسة أخرى أجريت علي عينة تحتوي علي مجموعة من الزعانف أثبتت أن الزاوية 45 درجة هي أفضل توجية بين الزعانف الحرارية وإتجاه سريان الهواء وتعطي أفضل تفريغ حراري، بينما كانت الزاية 90 في حالة العينة التي تحتوي علي زعنفة واحدة. نتجت هذة الأفضلية بسبب وجود نسبة أحتكاك كبيرة بين الهواء والرغوة المعدنية في هذة الزوايا. بما أن الرغوة المعدنية لها شكل معقد جدا لذلك التحليل العددي يمثل طريقة جيدة لدراستها، عادة يفضل الباحثون إستخدام نماذج تحسبية مبسطة تعتمد علي مجموعة من الإفتراضات. تم إستخدام طريقة مبتكرة تسهل عملية إنتاج الشكل ثلاثي الأبعاد للعينة من أجل إستخدامه في التحليل بطريقة العناصر المنتهية لتحليل عينة رغوة معدنية من نوع الخلية المفتوحة. تم إستخدام طريقة الرسم السطحي المحسوب لإستخراج رسم سطحي ثلاثي الأبعاد عالي الدقة ثم بأستخدام برنامج تصميم بمساعدة الحاسوب تمت عملية تنقيح الرسم ليصبح جاهزا للإستخدام في التحليل العددي بطريقة العناصر المنهية. تم توضيح أهمية النموذج التحليلي المنتج من خلال أمكانية إستخدامه في تحليل وتصميم المفرغات الحرارية. وتم تأكيد النتائج من خلال التجارب العملية. دقة النموذج التحليلي أكدت بالمقارنة مع نتائج التجارب. في الأخير تم إستخدام النموذج التحليلي في تقييم وتحليل حالات مختلفة عن طريق المحاكاة.